¿Los investigadores de principios del siglo XX explicaron por qué usaron E. coli como organismo modelo?

Falacias históricas implícitas en la pregunta

1. "... por qué un investigador eligió usar E. coli como organismo modelo".

Los investigadores no trabajaron con E. coli porque lo consideraban un "organismo modelo". Trabajaban con ella porque eran bacteriólogos y era una bacteria cómoda de usar. Como escribió Joshua Lederberg en Microbiology Today (2004) :

Desde el principio, aunque también se encontraron cepas patógenas, E. coli se utilizó como una bacteria representativa e inofensiva que podía cultivarse con seguridad y facilidad incluso en medios sintéticos. En rich media, crecerá con un tiempo de duplicación de 20 minutos; por lo tanto, las colonias fácilmente visibles se pueden ver durante la noche cuando se sembraron en agar. Se desarrollaron medios especializados, como el agar de MacConkey, para el aislamiento selectivo y la identificación de E. coli , ya que se utilizó como indicador global de la contaminación de los suministros de agua. Así, durante la primera mitad del siglo XX E. coliera bien conocido por los bacteriólogos. Sin embargo, rara vez, o nunca, se mencionó en los textos de biología general, ya que las bacterias generalmente se consideraban precelulares en complejidad y desprovistas de los núcleos y otros aparatos genéticos de los organismos "reales".

De hecho, el término "organismo modelo" no se usó en este sentido hasta alrededor de 1970, como muestra este ngrama de Google .

2. “Me imagino que antes del uso generalizado de E. coli , los científicos habrían tenido que discutir por qué eligieron usarlo para investigar fenómenos biológicos que no se limitan solo a esta bacteria”.

Te imaginas mal. No estaban sentados y diciendo “queremos estudiar este fenómeno biológico, ¿qué bacteria elegiremos?” y ciertamente no tener que justificarse en la publicación. En general, publicaban en revistas bacteriológicas especializadas donde la audiencia y los árbitros sabían por qué estaban usando E. coli o lo que sea. Incluso cuando Tatum y Lederberg ( ver más abajo) publicaron una carta sobre la recombinación bacteriana en la revista científica general, Nature , en 1946, no desperdiciaron espacio en la justificación de las especies:

No. Estás imponiendo actitudes modernas, gobernadas por el estado contemporáneo de la ciencia y su financiación, sobre la ciencia de una era completamente diferente. Esa no es la manera de abordar la historia.

¿Por qué E. coli se convirtió en la bacteria más estudiada?

Parecería que el descubrimiento de la recombinación bacteriana en E. coli por Lederberg y Tatum (por el que compartieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1958 con George Beadle) fue uno de los factores clave que llevaron a la expansión en el uso de E. coli ( ver el artículo de Microbiology Today citado anteriormente). Este fenómeno fue originalmente sugerido por estudios sobre la transformación de bacterias neumocócicas, pero su demostración en el caballo de batalla bacteriano, E. coli , abrió las puertas al uso de una amplia gama de técnicas genéticas que podrían usarse para bioquímica, así como biología molecular. , estudios.

Pregunta muy interesante.

¿Los investigadores de principios del siglo XX explicaron por qué usaron E. coli como organismo modelo?

En resumen: No (al menos en la década de 1920). Por ejemplo: Werkman 1927: Efectos de las vitaminas en la fisiología de los microorganismos no proporciona ninguna justificación.

De manera similar, una revisión reciente de Blount, 2015, eLife: El potencial inagotable de E. coli afirma:

El ascenso meteórico de E. coli y su estatus exaltado en biología provienen de lo fácil que es encontrarlo y trabajar con él. Las cepas resistentes, no patógenas y versátiles que crecen rápidamente con muchos nutrientes diferentes se pueden aislar de prácticamente cualquier ser humano. Estas características hicieron de E. coli un pilar en las colecciones de laboratorios de enseñanza de microbiología. En consecuencia, cuando los microbiólogos de principios del siglo XX buscaban un organismo modelo, E. coli era una de las opciones más ampliamente disponibles.

Sin embargo, cuando E. coli entró en investigación en el siglo XIX, y por lo tanto unas décadas antes, no se introdujo como herramienta, modelo o material didáctico . Cuando entró en la ciencia, inmediatamente lo hizo como parte de un descubrimiento muy profundo e importante sobre la digestión humana , según lo revisado por Shulman et al., 2007, Clinical Infectious Diseases

Escherich describió en detalle Bacterium coli commune (el bacilo común del colon ahora conocido como Escherichia coli ) y Bacterium lactis aërogenes (ahora conocida como Klebsiella pneumoniae ). Demostró sus características de fermentación y la naturaleza del gas producido durante la fermentación, y demostró que, en condiciones anaeróbicas, el crecimiento dependía totalmente de la fermentación de carbohidratos. Rompiendo con el dogma, Escherich concluyó que cualquier papel de la flora intestinal en la nutrición era, en el mejor de los casos, menor.

Si bien solo es periférico a su pregunta principal: el segundo auge de E. coli a mediados del siglo XX, donde ingresó al campo de la genética (que ha sido ocupado por otros organismos antes) se produjo debido al descubrimiento de la capacidad de intercambio de ADN entre individuos - según lo revisado por Telis et al. 2014: A Bibliometrics History of the Journal GENETICS (... que luego promovería nuevos descubrimientos relacionados con el manejo y la manipulación del ADN...).

Cuando leí su pregunta, lo primero que me vino a la mente fue que Escherichia coli es una de las bacterias más comunes en las heces humanas. Por supuesto, la facilidad para encontrar y recolectar la bacteria (no estoy afirmando que la fuente moderna de E. coli sean las heces humanas, ¡quiero decir que no hoy!) no puede ser el único (o el principal) factor.

Por lo tanto, me gustaría darle una lista de factores, que probablemente llevaron a las investigaciones de principios del siglo XX a elegir E. coli como modelo, citando "The Cell: A Molecular Approach" de Geoffrey Cooper (2000).

Empieza hablando de biología molecular...

E. coli ha sido especialmente útil para los biólogos moleculares debido tanto a su relativa simplicidad como a la facilidad con la que puede propagarse y estudiarse en el laboratorio. El genoma de E. coli , por ejemplo, consta de aproximadamente 4,6 millones de pares de bases y codifica alrededor de 4000 proteínas diferentes. El pequeño tamaño del genoma de E. coli proporciona ventajas obvias para el análisis genético y se ha determinado la secuencia del genoma completo de E. coli .

... lo cual es interesante pero, por supuesto, no está relacionado con su pregunta.

Sin embargo, en los siguientes párrafos enumera una serie de características que son pertinentes a esta cuestión:

• Los experimentos se ven facilitados aún más por el rápido crecimiento de E. coli en condiciones de laboratorio bien definidas. Dependiendo de las condiciones de cultivo, E. coli se divide cada 20 a 60 minutos.

• Una población clonal de E. coli , en la que todas las células se derivan de la división de una única célula de origen, se puede aislar fácilmente como una colonia que crece en un medio que contiene agar semisólido.

• Debido a que las colonias bacterianas que contienen hasta 108 células pueden desarrollarse de la noche a la mañana, seleccionar variantes genéticas de una cepa de E. coli , por ejemplo, mutantes resistentes a un antibiótico, como la penicilina, es fácil y rápido.

• Las mezclas de nutrientes en las que E. coli se divide más rápidamente incluyen glucosa, sales y varios compuestos orgánicos, como aminoácidos, vitaminas y precursores de ácidos nucleicos. Sin embargo, E. coli también puede crecer en medios mucho más simples que consisten solo en sales, una fuente de nitrógeno (como el amoníaco) y una fuente de carbono y energía (como la glucosa).

También vale la pena mencionar que, a pesar de algunas cepas patógenas, la mayoría de las cepas naturales de E. coli son inofensivas.

Fuente: Cooper, G. (2000). La célula: un enfoque molecular. Sunderland (Massachusetts): Sinauer Associates.